Solid State Drives (SDD): Testsystem und Methodik

Michael Günsch 15 Kommentare
Solid State Drives (SDD): Testsystem und Methodik

Vorwort

ComputerBase ermittelt die Leistungsfähigkeit von Solid State Drives (SSDs) sowohl anhand üblicher Benchmark-Programme als auch im Praxiseinsatz als Systemlaufwerk. Dabei werden Lese- und Schreibleistung in unterschiedlichen Szenarien ermittelt. Darüber hinaus misst ComputerBase die Leistungsaufnahme im Leerlauf sowie im aktiven Betrieb beim Lesen und Schreiben. Insbesondere beim Einsatz in Notebooks ist der Energieverbrauch der Speichermedien eine entscheidende Kenngröße. Die folgenden Abschnitte geben Auskunft über Testmethodik, Hardware und Software.

Testsystem

Das Testsystem besteht aus Intels Desktop-Plattform mit „Haswell“-Prozessor und Z87-Mainboard sowie Microsofts Betriebssystem Windows 8.1. Als CPU dient ein Core i5-4670K, dessen vier Kerne während des gesamten Testlaufs mit 3,4 Gigahertz arbeiten – Turbo- und Stromsparmodi sind deaktiviert, um einen Einfluss schwankender CPU-Leistung auf die Testergebnisse auszuschließen. Im Betriebssystem ist während der Leistungstests der Energiesparplan „Höchstleistung“ aktiv; bei den Messungen zur Leistungsaufnahme im Leerlauf wird hingegen auch die Einstellung „Energiesparmodus“ verwendet. Der TRIM-Befehl ist durchgehend aktiviert.

Für SSDs im M.2-Format verwendet die Redaktion stattdessen das Mainboard ASRock Z97 Extreme6, das über einen M.2-Ultra-Steckplatz verfügt, der genügend Bandbreite für schnelle PCIe-3.0-SSDs bietet.

  • Prozessor
    • Intel Core i5-4670K @ 3,4 GHz (Turbo und Stromsparmodi deaktiviert)
  • Motherboard
    • Asus Z87I-Pro (Intel Z87-Chipsatz „Lynx Point“) für SATA-SSDs / ASRock Z97 Extreme6 für M.2-SSDs
  • SATA-Controller
    • Intel 8 Series/C220 Series SATA AHCI Controller – 8C02 (Treiber: 9.4.0.1023)
  • Arbeitsspeicher
    • 2× 2 GB DDR3-1600 (Corsair Dominator CMPG4GX3M2A1600C9)
  • Grafikkarte
    • Intel HD 4600 Graphics (in Prozessor integriert)
  • Netzteil
    • be quiet! Pure Power L8-300W
  • Systemlaufwerk (für Neuzustandsmessung)
    • Intel SSD 520 Series 240 GB (FW 400i)
  • Getestete SSDs
    • Adata SX930 240 GB (FW: 5.9E)
    • Adata SP610 512 GB (FW: N0402C)
    • Adata Ultimate SU800 256 GB (FW: P0801A)
    • Adata Ultimate SU800 512 GB (FW: P0801A)
    • AMD Radeon R7 240 GB (FW: 1.00)
    • Crucial BX100 250 GB (FW: MU01)
    • Crucial BX100 500 GB (FW: MU01)
    • Crucial BX100 1.000 GB (FW: MU01)
    • Crucial BX200 480 GB (FW: MU01.4)
    • Crucial BX300 480 GB (FW: M2CR010)
    • Crucial M500 240 GB (FW: MU05)
    • Crucial M550 512 GB (FW: MU01)
    • Crucial M550 1.024 GB (FW: MU01)
    • Crucial MX100 256 GB (FW: MU01)
    • Crucial MX100 512 GB (FW: MU01)
    • Crucial MX200 250 GB (FW: MU01)
    • Crucial MX200 500 GB (FW: MU01)
    • Crucial MX200 1.000 GB (FW: MU01)
    • Crucial MX300 750 GB (FW: M0CR011)
    • Crucial MX300 750 GB (FW: M0CR040)
    • Intel SSD 530 M.2 240 GB (FW: LA4i)
    • Intel SSD 600p 512 GB (FW: PSF100C)
    • Intel SSD 750 1.200 GB (FW: 0135)
    • Intel Optane SSD 900P 280 GB (FW: E2010325)
    • Mushkin Reactor 1.000 GB (FW: N1007C)
    • OCZ Vector 180 (FW: 1.00)
    • Patriot Ignite 960 GB (FW: SAFM01.3)
    • Patriot Hellfire M.2 480 GB (E7FM02.0)
    • Plextor M5 Pro 256 GB (FW: 1.02)
    • Plextor M6 Pro 256 GB (FW: 1.01)
    • Plextor M6e 256 GB (FW: 1.05)
    • Plextor M6S 256 GB (FW: 1.03)
    • Plextor M6V 256 GB (FW: 1.01)
    • Plextor M7V 256 GB (FW: 1.00)
    • Plextor M8Pe(G) (FW: 1.01)
    • Samsung 750 Evo 120 GB (FW: MAT01B6Q)
    • Samsung 750 Evo 250 GB (FW: MAT01B6Q)
    • Samsung 750 Evo 500 GB (FW: MAT01B6Q)
    • Samsung 840 Evo 250 GB (FW: EXT0AB0Q)
    • Samsung 850 Evo 250 GB (FW: EMT01B6Q/V2: EMT02B6Q)
    • Samsung 850 Evo 500 GB (FW: EMT01B6Q/V2: EMT02B6Q)
    • Samsung 850 Evo 1.000 GB (FW: EMT01B6Q)
    • Samsung 850 Evo 2.000 GB (FW: EMT01B6Q)
    • Samsung 850 Evo 4.000 GB (FW: EMT02B6Q)
    • Samsung 840 Pro 256 GB (FW: DXM06B0Q)
    • Samsung 850 Pro 128 GB (FW: EXM01B6Q)
    • Samsung 850 Pro 1.024 GB (FW: EXM01B6Q)
    • Samsung 850 Pro 2.048 GB (FW: EXM02B6Q)
    • Samsung 950 Pro 256 GB (FW: 1B0QBXX7)
    • Samsung 950 Pro 512 GB (FW: 1B0QBXX7)
    • Samsung 960 Evo 500 GB (FW: 1B7Q)
    • Samsung 960 Pro 512 GB (FW: 1B6Q)
    • Samsung 960 Pro 2.048 GB (FW: 1B6Q)
    • Samsung SM951 256 GB AHCI (FW: BXW2500Q)
    • Samsung SM951 256 GB NVMe (FW: BXW7)
    • Samsung SM961 512 GB NVMe (FW: CXA7200Q)
    • Samsung XP941 128 GB (FW: UXM6501Q)
    • SanDisk Extreme Pro 480 GB (FW: X21000RL)
    • SanDisk Extreme II 240 GB (FW: R1311)
    • SanDisk Ultra Plus 256 GB (FW: X211200)
    • SanDisk Ultra II 960 GB (FW: X35510RL)
    • Toshiba HG6 256 GB (FW: JUGA0101)
    • Toshiba OCZ RD400(A) (FW: 57CZ4102)
    • Toshiba TR200 480 GB (FW: SBFA12.0)
    • Transcend SSD370S 512 GB (FW: N1114H)
    • Zotac Sonix 480 GB (FW: E7FM)
  • Betriebssystem
    • Microsoft Windows 8.1 mit Update 1 (64-Bit)
  • Benchmarks
    • AS SSD Benchmark 1.7.4739.38088
    • Iometer 1.1.0
    • PCMark 8 Professional Edition 2.0.228
  • Software für Praxistests
    • Open Office 4.1.0
    • GIMP 2.8.1.0
    • 7-Zip 9.22 Beta

Testmethodik

Bedingungen & Vorbereitung

Vor der eigentlichen Testprozedur wird die Leistung der SSD im fabrikneuen Zustand – „frisch aus der Packung“ – überprüft. Hierfür wird die SSD als sekundäres Laufwerk vollständig partitioniert und im Leerzustand mit dem AS SSD gemessen. Die Resultate finden sich im Test in der ersten Spalte der Tabelle im Abschnitt „Neuzustand und Leistungsabfall“ wieder.

Da ein Test einer SSD als sekundäres, ungenutztes und leeres Laufwerk alles andere als praxisnah ist, simuliert ComputerBase eine längere Nutzungsdauer. Dafür wird das Laufwerk zweimal über die gesamte nutzbare Kapazität mit sequenziellen Daten befüllt. Solch eine Vorbereitung auf die eigentlichen Tests wird auch als „Pre-Conditioning“ bezeichnet. Anschließend wird ein vorgefertigtes Systemabbild (Image) mit Windows 8.1 samt Standardprogrammen und für die weiteren Tests benötigten Daten auf die SSD übertragen.

Die nachfolgenden Tests, inklusive der Messungen mit AS SSD Benchmark im „Normalzustand“, finden mit installiertem Betriebssystem statt. Damit automatische Software-Updates diese Bedingungen nicht verfälschen, besitzt das Testsystem keine Verbindung zum Internet. Auch wird der Echtzeitschutz von Windows Defender deaktiviert, um Hintergrundzugriffe auf die SSDs vom Betriebssystem zu minimieren.

Messungen & Ergebnisse

Die Praxistests sowie der praxisnahe Benchmark PCMark 8, der mit Daten aus gebräuchlichen Programmen und Spielen arbeitet, werden allesamt auf der zu testenden SSD als Systemlaufwerk durchgeführt. Um Einflüsse durch parallele Zugriffe auf andere Datenträger zu verhindern, werden diese vom System getrennt. Nach dem Bootvorgang und vor jeder Messung wird dem System eine Ruhephase von mindestens einer Minute im Leerlauf verordnet, um den mit dem Start verbundenen Hintergrundprozessen Zeit für ihre Ausführung zu gewähren. Kurz nach dem Systemstart wird die SSD durch diese Prozesse belastet, was die Testergebnisse beeinflussen kann. Da Windowsdienste stets im Hintergrund arbeiten, lässt sich allerdings nicht völlig ausschließen, dass zwischenzeitlich trotzdem Zugriffe auf die SSD stattfinden.

Virenscan
Angaben in Sekunden
  • Windows Defender:
    • Samsung 840 Evo 250 GB
      525,2
    • Crucial M550 512 GB
      538,6
    • Crucial MX100 512 GB
      539,8
    • Crucial M500 240 GB
      548,0

Die im Artikel ausgelieferten Testergebnisse basieren auf dem arithmetischen Mittel aus mindestens drei Messungen pro Testabschnitt. Um zu verhindern, dass noch im Arbeitsspeicher vorhandene Daten die späteren Messungen beeinträchtigen, wird nach jeder Messung ein Systemneustart durchgeführt.

Besonders kurze Messungen wie beim Programmstart werden mindestens zehnmal durchgeführt. Die benötigte Zeit für den Bootvorgang und den Virenscan mit Windows Defender wird mittels der Ereignisanzeige von Windows erhoben. Für den Kopiertest dient ein Ordner mit über 5.000 Dateien verschiedener Formate und Größen mit einem Gesamtvolumen von 10 Gigabyte. Der Dateimix besteht aus komprimierbaren und nicht komprimierbaren Daten und beinhaltet typische Daten wie einen Windows-Programmordner, ISO-Dateien, Videos, MP3s und Bilder.

Hinweis: Seit Mai 2015 verzichtet ComputerBase auf die Einzeltests Bootvorgang und Virenscan. Hintergrund ist der temporäre Mainboard-Wechsel für M.2-SSDs. Aufgrund der hohen Abweichungen der Resultate durch die unterschiedliche Treiber-Konstellation, war eine Vergleichbarkeit nicht mehr gegeben.

Worst Case & Leistungsaufnahme

Im Anschluss an die Benchmarks und Praxistests im durch das Pre-Conditioning simulierten „Normalzustand“ wird die Leistung nach starker Nutzung und mit fast vollständiger Befüllung mit Daten als „Worst Case“-Szenario ermittelt. Hierfür wird die SSD erneut mit Iometer vollständig mit Daten befüllt und anschließend 30 Minuten lang mit wahllosen Schreibzugriffen auf 4K-Datenblöcke (4K random write) belastet. Anschließend werden 10 Gigabyte Daten entfernt, um Platz für die nachfolgenden Tests zu schaffen. Nach einer Ruhephase von mindestens 30 Minuten im Leerlauf wird die SSD erneut mit dem AS SSD Benchmark überprüft. Das Resultat im Vergleich mit dem „Normalzustand“ zeigt, wie gut TRIM und Garbage Collection arbeiten.

Die Messung der Leistungsaufnahme erfolgt mit Hilfe von digitalen Multimetern, mit denen die im aktiven und inaktiven Betrieb der SSD anliegende Spannung und Stromstärke simultan ermittelt wird. Das Produkt aus den jeweils ermittelten Mittelwerten von Spannung und Stromstärke wird im Artikel als Leistungsaufnahme in Watt respektive Milliwatt ausgegeben.

  • Messung Stromstärke (A): Voltcraft VC880, Messgenauigkeit: ±0,025 %
  • Messung Spannung (V): Voltcraft VC820, Messgenauigkeit: ±0,9 %

Die Lastmessungen im aktiven Betrieb werden mit Iometer durchgeführt. Im Leerlauf wird einmal ohne Stromsparfunktion (Energiesparplan „Höchstleistung“) und einmal mit aktivem Link Power Management (LPM) und der Einstellung HIPM + DIPM (Energiesparplan „Energiesparmodus“) gemessen. Die Einstellung „Aggressive Link Power Management“ ist im BIOS durchweg deaktiviert.

Leistungsaufnahme (aktiv)
Angaben in Watt (W)
  • Sequenziell Lesen:
    • Crucial M500 240 GB
      2,30
    • Crucial M550 512 GB
      2,51
    • Crucial MX100 512 GB
      2,58
    • Samsung 840 Evo 250 GB
      2,94
  • Sequenziell Schreiben:
    • Crucial M500 240 GB
      2,88
    • Samsung 840 Evo 250 GB
      3,09
    • Crucial MX100 512 GB
      4,07
    • Crucial M550 512 GB
      4,19
  • 4K Random Lesen:
    • Crucial M500 240 GB
      1,61
    • Crucial M550 512 GB
      1,61
    • Samsung 840 Evo 250 GB
      1,67
    • Crucial MX100 512 GB
      1,80
  • 4K Random Schreiben:
    • Samsung 840 Evo 250 GB
      2,23
    • Crucial M500 240 GB
      2,51
    • Crucial M550 512 GB
      3,05
    • Crucial MX100 512 GB
      3,09

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